黃 偉，張麗娜，李真西，劉吉普

（湖南應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，湖南常德415000）

顆粒床高溫除塵器的研究及應(yīng)用

黃 偉，張麗娜，李真西，劉吉普

（湖南應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，湖南常德415000）

顆粒床高溫除塵器主要由除塵器本體、顆粒濾料和清灰機(jī)構(gòu)三部分組成，可利用深層和表層捕捉微細(xì)粉塵。顆粒床高溫除塵器具有除塵效率高、濾料廉價(jià)、不燃不爆、過(guò)濾能力不受粉塵比電阻影響、耐高溫腐蝕、抗沖擊磨損等優(yōu)點(diǎn)。可采用空氣或水與熱交換器進(jìn)行熱交換，回收高溫?zé)煔饽芰浚且环N理想的高溫?zé)煔鈨艋O(shè)備。

顆粒床；高溫?zé)煔猓怀龎m器；凈化；研究

我國(guó)工業(yè)尚處在重化工業(yè)快速發(fā)展的階段，電力、建材、鋼鐵等原材料、能源行業(yè)污染嚴(yán)重，在所有大氣污染物中，工業(yè)煙塵所占的比重很大。工業(yè)煙塵不僅破壞自然環(huán)境、危害人類(lèi)的健康，而且造成大量的資源浪費(fèi)，因此必須予以處理[1]。除塵器是一種重要的環(huán)境保護(hù)設(shè)備，但是在應(yīng)用的過(guò)程中，常用除塵器存在一定的弊端，如它只能處理經(jīng)過(guò)降溫后的高溫?zé)焿m，這必然造成能源的浪費(fèi)。而現(xiàn)有的高溫除塵器則運(yùn)行不夠穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)效益不高，且都對(duì)細(xì)粉塵的捕集效率低[2]。

顆粒床高溫除塵器相比傳統(tǒng)除塵器優(yōu)勢(shì)明顯，其除塵效率高、所用濾料廉價(jià)、耐高溫腐蝕、抗沖擊磨損，由于高溫?zé)煔獠恍杞禍兀士蓪⒏邷責(zé)煔饽芰炕厥?，是一種理想的高溫?zé)煔鈨艋O(shè)備[3，4]。

本文介紹了顆粒床除塵機(jī)理和開(kāi)發(fā)的顆粒床高溫除塵器結(jié)構(gòu)，并介紹了將此顆粒床高溫除塵器應(yīng)用于處理某窯爐排出的高溫?zé)煔獾墓に嚵鞒獭?/p>

1 顆粒床除塵的工作原理

1.1 顆粒床的除塵機(jī)理

如圖1所示，顆粒床除塵的過(guò)濾層是由物理和化學(xué)性質(zhì)均非常穩(wěn)定的固體顆粒組成，要保證其除塵效率，必須采用固定床過(guò)濾，即使含塵氣體由上而下穿過(guò)顆粒床過(guò)濾層后經(jīng)篩板流出，顆粒床過(guò)濾層過(guò)濾出含塵氣體中的粉塵而使其轉(zhuǎn)變成凈化氣體。

當(dāng)含塵流體流經(jīng)顆粒床過(guò)濾層時(shí)（見(jiàn)圖1 b），流線發(fā)生偏折。

圖1 顆粒床過(guò)濾層工作示意圖

此時(shí)，較大的塵粒由于“慣性碰撞”效應(yīng)偏離流線撞到捕集體上，部分細(xì)塵粒則仍然隨流線而運(yùn)動(dòng)。若塵粒的半徑大于流線到過(guò)濾介質(zhì)顆粒表面的距離時(shí)，塵粒被“直接攔截”。更細(xì)微的塵粒在“布朗擴(kuò)散”作用下，也可能撞到過(guò)濾介質(zhì)顆粒。若有外力場(chǎng)存在時(shí)，塵粒還會(huì)因“重力沉降”、“靜電吸引”、“熱遷移”、“倫敦一范德華引力沉積”等作用而沉積[4]。

分析顆粒床過(guò)濾層內(nèi)部粉塵分布情況可知，粉塵主要分布在第1層和第2層。這是因?yàn)閯傞_(kāi)始時(shí)，濾層捕集粉塵能力比較強(qiáng)。隨著濾層捕集的粉塵逐漸增加，粉塵逐步填充顆粒床間隙，顆粒床濾層的空隙趨于飽和，捕捉粉塵能力下降，氣流中的粉塵與顆粒床內(nèi)的濾層處于一種相對(duì)平衡狀態(tài)，此時(shí)表層被捕捉的粉塵開(kāi)始充當(dāng)“過(guò)濾介質(zhì)”，依靠顆粒床粉塵形成的過(guò)濾介質(zhì)進(jìn)行自過(guò)濾[4]。

在設(shè)計(jì)時(shí)，過(guò)濾介質(zhì)粒徑、過(guò)濾速度、過(guò)濾層厚度這三者對(duì)除塵效率和床層壓力差起著相互關(guān)聯(lián)的作用，須根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定過(guò)濾速度、床層壓降（過(guò)濾層厚度）和反吹周期，以保證獲得較高的過(guò)濾效率[5]。

1.2 反吹清灰機(jī)理

當(dāng)顆粒床除塵器的顆粒過(guò)濾層隨著過(guò)濾時(shí)間的增加，濾料對(duì)粉塵的捕集增多會(huì)導(dǎo)致壓降升高，除塵效率急劇降低。為了使顆粒過(guò)濾層能夠連續(xù)運(yùn)行，必須進(jìn)行清灰。設(shè)計(jì)的反吹清灰，是讓反吹氣流由下而上經(jīng)篩板進(jìn)入顆粒過(guò)濾層，當(dāng)反吹風(fēng)速增大到一定時(shí)，使全部顆粒處于懸浮狀態(tài)。當(dāng)反吹風(fēng)速略大于顆粒臨界流化速度而小于顆粒的終端速度，整個(gè)顆粒床料面產(chǎn)生鼓泡，顆粒激烈地上下攪動(dòng)呈流態(tài)化，通過(guò)對(duì)粉塵產(chǎn)生揚(yáng)析和夾帶出去，而實(shí)現(xiàn)快速清灰。

2 顆粒床高溫除塵器結(jié)構(gòu)

顆粒床高溫除塵器的結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要由除塵器本體、顆粒濾料和清灰機(jī)構(gòu)三部分組成。

圖2 顆粒床高溫除塵器的結(jié)構(gòu)

2.1 除塵器本體

除塵器本體由含塵氣流入口1，顆粒過(guò)濾室2，沉降室3，篩板4，顆粒過(guò)濾床5，灰斗6，循環(huán)口7，攪拌機(jī)8，反吹風(fēng)口9，潔凈氣出口10，閥門(mén)11，隔板12組成，主要用于填裝顆粒濾料，是維持濾料處于某種過(guò)濾狀態(tài)的容器。

含塵煙氣溫度較高，一般在370℃左右，這會(huì)導(dǎo)致除塵器內(nèi)部相關(guān)金屬結(jié)構(gòu)件出現(xiàn)較大變形。故本體通常采用耐熱鋼制造并進(jìn)行保溫。

2.2 顆粒濾料

顆粒濾料又稱過(guò)濾介質(zhì)，是起過(guò)濾作用的主體。考慮所處環(huán)境特點(diǎn)，顆粒料均要求耐磨、耐腐蝕、耐高溫。

可用作顆粒床高溫除塵器的濾料很多，一般選擇含二氧化硅99%以上的石英砂，它具有很高的耐磨性，在300～400℃溫度下可長(zhǎng)期使用，化學(xué)穩(wěn)定性好，價(jià)格便宜。

2.3 除塵器清灰機(jī)構(gòu)

為保證較高的過(guò)濾效率，顆粒床高溫除塵器采取反吹清灰方式，即當(dāng)床層壓降達(dá)到一定的之后即進(jìn)行反吹，并優(yōu)化反吹清灰的寬度。

在顆粒床高溫除塵器出口設(shè)一臺(tái)可控噴水的雙軸攪拌機(jī)，使卸干灰變成半干半濕的灰團(tuán)，解決排灰和運(yùn)輸過(guò)程的二次揚(yáng)塵問(wèn)題。

2.4 顆粒床高溫除塵器工作過(guò)程

顆粒床高溫除塵器的工作過(guò)程（見(jiàn)圖2）為：含塵氣體由顆粒床高溫除塵器進(jìn)氣口1進(jìn)入，粗塵在沉降室3中沉降。細(xì)粒徑塵經(jīng)過(guò)顆粒過(guò)濾室2自上而下穿過(guò)顆粒濾床5（見(jiàn)圖1 a），經(jīng)過(guò)凈化后的氣體經(jīng)潔凈氣出口10排入大氣。清灰時(shí)，通過(guò)閥門(mén)11開(kāi)啟反吹風(fēng)口9的側(cè)孔，反吹氣流由下而上經(jīng)篩板4進(jìn)入顆粒過(guò)濾床5（見(jiàn)圖1 b），使顆粒上下劇烈翻騰呈流化態(tài)，使過(guò)濾時(shí)沉積在顆粒過(guò)濾床5內(nèi)的粉塵被反吹氣流帶到沉降室3（見(jiàn)圖2）。粗塵沉降進(jìn)入灰斗6，剩余粉塵隨氣流則再次進(jìn)入其他顆粒過(guò)濾室2凈化。同時(shí)沉降室3內(nèi)部分?jǐn)y帶懸浮粉塵的煙氣，分流進(jìn)入旋風(fēng)除塵器，經(jīng)旋風(fēng)除塵器分離出粉塵后，經(jīng)換熱器、風(fēng)機(jī)返回顆粒床除塵器，再次進(jìn)行上述過(guò)程。

3 顆粒床高溫除塵器的應(yīng)用

某廠有一冶煉回收廢鋁的窯爐，生產(chǎn)時(shí)排出10 000 m3/h、400℃、含有800 mg/m3左右粉塵的煙氣，不僅嚴(yán)重影響周?chē)h(huán)境，而且造成大量的資源浪費(fèi)，必須予以處理。但常用的布袋除塵器和濕法除塵器存在一定的弊端，因而選用了顆粒床高溫除塵器。

處理該冶煉回收廢鋁窯爐高溫?zé)煔獾念w粒床高溫除塵器的工藝流程如圖3所示。

圖3 顆粒床高溫除塵器應(yīng)用的工藝流程

窯爐1產(chǎn)生的含塵高溫?zé)煔膺M(jìn)入顆粒床除塵器5，經(jīng)過(guò)濾室從上而下穿過(guò)由石英砂濾料組成的顆粒過(guò)濾層，粉塵被顆粒過(guò)濾層攔截，凈化后的煙氣經(jīng)切換閥7經(jīng)余熱交換器8進(jìn)行熱交換后，再經(jīng)由引風(fēng)機(jī)9、煙囪10排入大氣。

隨著過(guò)濾時(shí)間的增加，石英砂濾料對(duì)粉塵的捕集增多，顆粒過(guò)濾層空隙率減小導(dǎo)致壓降升高，此時(shí)切換閥7動(dòng)作開(kāi)啟反吹風(fēng)口的側(cè)孔，反吹風(fēng)機(jī)6將凈化后的煙氣反吹入顆粒床除塵器5，反吹氣流由下而上經(jīng)篩板進(jìn)入顆粒過(guò)濾層，使沉積在石英砂顆粒過(guò)濾層的粉塵被反吹氣流揚(yáng)析，該顆粒過(guò)濾層獲得再生。

沉降室內(nèi)部分?jǐn)y帶懸浮粉塵的煙氣，分流進(jìn)入旋風(fēng)除塵器3，該股煙氣經(jīng)旋風(fēng)除塵器分離出粉塵后，經(jīng)換熱器2、風(fēng)機(jī)4返回顆粒床除塵器5，再次進(jìn)行上述過(guò)程。

在工藝過(guò)程中，采用空氣經(jīng)換熱器2和余熱交換器8與煙氣進(jìn)行熱交換，加熱后的空氣被鼓風(fēng)機(jī)吹入冶煉回收廢鋁窯爐。

該廠冶煉回收廢鋁窯爐安裝顆粒床除塵器后，排出煙氣中粉塵的含量降為30 mg/m3以下，達(dá)到了該地區(qū)排放的標(biāo)準(zhǔn)；回收熱量煙氣溫度降為100℃左右；能耗也得到了降低，達(dá)到了節(jié)能的目的。

4 結(jié)束語(yǔ)

顆粒床高溫除塵器在某冶煉回收廢鋁窯爐的應(yīng)用表明，顆粒床高溫除塵器相比傳統(tǒng)除塵器優(yōu)勢(shì)明顯，不僅具有除塵效率高、濾料廉價(jià)、不燃不爆、設(shè)備投資費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，且能充分利用高溫?zé)煔獾挠酂徇_(dá)到節(jié)能的目的，是一種理想的高溫?zé)煔鈨艋O(shè)備。

[1]張會(huì)君，盧徐勝．控制PM2.5的除塵技術(shù)概述[J]．中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2012，29（5）：32-37.

[2]向曉東．現(xiàn)代除塵理論與技術(shù)[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，2004.

[3]徐延相，章利特，辛楊．高溫高壓氣體除塵新概念[J]．西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，38（7）：690-692．

[4]秦紅霞，何鵬．常溫下固體顆粒床過(guò)濾除塵技術(shù)[J]．北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，28（8）：771-773．

[5]寇麗，王助良．固定床顆粒床除塵實(shí)驗(yàn)研究[J]．鄭州輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，23（04）：77-79．

[6]趙建濤，黃戒介，吳晉滬，等.氣固錯(cuò)流移動(dòng)顆粒床過(guò)濾器除塵效率[J].化工學(xué)報(bào)，2004，55（5）：721-726.

Research and App lication of High Tem perature DustCollector in Granular Bed

HUANGWei，ZHANG Li-na，LIZhen-xi，LIU Ji-pu
（Hunan Institute of Applied Technology，Changde Hunan 415000，China）

The granular bed high-temperature dust collector is mainly composed of granular filter material，dust filter body and soot cleaning mechanism，which can use the deep and surface to capture fine dust.The particle bed high temperature dust collector has the advantages of high dust removal efficiency，cheap filtering material，non-burning，filtration capacity not affected by dust ratio resistance，high temperature corrosion，impact erosion and so on.It can use air or water and heat exchanger to heat exchange，recover high temperature flue gas energy，is an ideal high temperature flue gas purification equipment.

granular bed；high temperature flue gas；dust collector；purification；research

TE992.1

A

1672-545X（2017）04-0081-03

2017-01-07

項(xiàng)目資金：湖南省教育廳（14C0768）和湖南應(yīng)用技術(shù)學(xué)院（XYBK2014001）資助

黃偉（1984-），男，湖南常德人，碩士，講師，主要從事節(jié)能與環(huán)保技術(shù)研究。